Đồ án hóa dầu“Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất” SVTH: Nguyễn Chí Tuân GSVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân .Đồ án hóa dầuNghiên cứu về nguyên lý phép chưng cấtMỞ potx

        Đồ án hóa dầu “Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất”                     SVTH: Nguyễn Chí Tuân GSVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân                                                           Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất MỞ ĐẦU Dầu mỏ người biết đến từ thời cổ xưa công nghệ chế biến dầu mỏ xem bắt đầu đời vào năm 1859 mà Edwis Drake (Mỹ) khai thác dầu thô, lúc lượng dầu thô khai thác cịn sử dụng làm nhiên liệu để đốt chảy thắp sáng Thế kỷ 19 dầu coi nguồn tài nguyên cho phương tiện giao thông cho kinh tế quốc dân Hiện dầu mỏ trở thành nguồn lượng quan trọng quốc gia giới Khoảng 65 ÷ 75% lượng sử dụng từ dầu mỏ, có 20 ÷22% Dựa vào q trình chế biến như: Chưng cất, hydro crarking, reforming, ankil hoá, đồng phân hoá, polyme hoá cho sản phẩm xăng, nhiên liệu phản lực dầu mỏ bơi trơn, có hiệu tối đa số sản phẩm Dầu khác như: sản phẩm lượng, phi lượng, butan, cốc khí lỏng dân dụng, làm khí đốt nhiên liệu Ngày 90% sản phẩm hữu có nguồn gốc từ dầu khí tỷ lệ dầu khí sử dụng vào mục đích lượng giảm dần dầu khí tương lai lâu dài chiếm vị trí quan trọng lĩnh vực lượng ngun liệu hố học mà khơng có tài nguyên thiên nhiên cạnh tranh Dầu mỏ hỗn hợp phức tạp có hàng trăm hợp chất khác nhau, nguyên tố chứa dầu khí phần lớn hyđro cacbon chiếm từ 60 ÷ 90% trọng lượng dầu, cịn lại chất oxy, lưu huỳnh, nước, phức chất kim, chất nhựa, asphanten Trong khí cịn chứa khí trơ He, Ar, Xe….Dầu mỏ hỗn hợp phức tạp gồm hyđro cacbon, khí thiênnhiên, khí dầu mỏ hợp chất khác CO2, N2, H2S, He… Dầu mỏ muốn sử dụng rộng rãi, chưng cất sơ khai dầu, chưng cất phân đoạn Các phân đoạn thu phù hợp cho phương pháp chế biến khác Đối với Việt Nam, coi dầu khí ngành kinh tế mũi nhọn, chỗ dựa cho ngành cơng nghiệp hố, đại hố, làm đà thúc đẩy cho kinh tế quốc dân Đây mũi nhọn có tính chiến lược Việt Nam, ngành công nghiệp dầu nước ta bước vào thời kỳ mới, thời kỳ mà nước thực mục tiêu cơng nghiệp hố, đại hố chắn đóng góp ngành dầu khí cơng cơng nghiệp hố đất nước có ý nghĩa tiêu kinh tế cụ thể mà ngành cơng chế biến nghiệp nhọn cịn nguồn động viên tinh thần đảng, toàn GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất dân thành viên hoạt động ngành dầu khí, hăng hái lao động góp phần xây dựng đất nước để sau vài thập niên tới sánh vai với nước khu vực giới Đây vấn đề mới,trong thực tế có nhiều nhà nghiên cứu khoa học sâu vào nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất áp dụng vào thực tiễn mang lại hiệu kinh tế cao trình sản xuất Song tồn số hạn chế định Chính tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất” GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.1 Khái niệm Chưng phương pháp tách hổn hợp chất lỏng (cũng hổn hợp khí hóa lỏng) thành cấu tử riêng biệt, dựa độ bay khác cấu tử hổn hợp Khi chưng ta thu nhiều sản phẩm Thường hổn hợp có cấu tử có nhiêu sản phẩm Đối với hổn hợp gồm hai cấu tử sản phẩm thu được: Sản phẩm đỉnh: gồm cấu tử dễ bay phần cấu tử khó bay Sản phẩm đáy gồm chủ yếu cấu tử khó bay phần cấu tử dễ bay Thường để thu sản phẩm đỉnh tinh khiết tiến hành chưng nhiều lần – chưng luyện Vậy “Chưng cất trình tách dung dịch cách đun sơi nó, ngưng tụ bay để phần: Phần nhẹ distillat có nhiệt độ sơi thấp, chứa nhiều chất dễ sơi, cịn phần nặng cịn lại cặn chưng cất (redue)” 1.1.2 Lịch sử phát triển Loài người từ xa xưa biết áp dụng nguyên lý phép chưng cất vào đời sống như: chưng cất,chưng cất rượu, Đối với dầu khí người biết sử dụng dầu khí hàng nghìn năm trước bắt cháy dịng khí tự nhiên lên theo khe nứt mặt đất Người Trung Hoa dùng khí tự nhiên làm khí đốt vào kỷ thứ ba, kỷ nguyên dầu khí thực bắt đầu kỷ 19 Xưởng chưng cất dầu thô gới xuất Capcado (Liên Xô cũ) vào năm 1821 năm 1859 coi năm khởi đầu kỷ nguyên dầu khí khai thác mỏ dầu Titusville (Pensylvania Mỹ) việc xây dựng nhà máy vao năm 1890 Ngày nay, ngành công nghiệp chế biến không ngừng phát triển với trang thiết bị, máy móc đại Đặc biệt thiết bị trình chưng cất dầu thô Từ công cụ, thiết bị đơn giản đem lại hiệu suất kinh tế không cao thay đổi thiết bị đại GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất 1.1.3 Phân loại chưng cất a Phân loại theo áp suất làm việc: Áp suất thấp Áp suất thường Áp suất cao b Phân loại theo nguyên lý làm việc: Chưng cất đơn giản Chưng nước trực tiếp Chưng cất Chưng chân không c Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt đáy tháp: Cấp nhiệt trực tiếp Cấp nhiệt gián tiếp 1.2 ÁP SUẤT HƠI 1.2.1 Hiện tượng bay Mọi chất lỏng (dung dịch, nguyên chất) bay Chỉ có phân tử bề mặt chất lỏng (mặt thống) có lượng vượt trội bay Trong giai đoạn đầu, tốc độ bay lớn tốc độ ngưng tụ, sau thời gian, lượng phân tử khơng khí đạt cực đại tốc độ bay tốc độ ngưng tụ Lúc đó, coi bay không xảy (thực tế xảy bay hơi) Cần ý khí chất vật lý giống nhau, gọi khí chất thể khí điều kiện thường như: O2, CO2, , chất có liên quan thể lỏng điều kienj thường như: H2O, C2H5OH, 1.2.2 Áp suất bão hòa Sự bay ngưng tụ tất yếu dẫn đến trạng thái mà đó, tốc độ bay tốc độ ngưng tụ gọi trạng thái cân Rõ ràng, áp suất lúc trở nên khơng đổi đạt cực đạt Áp suất gọi áp suất bão hòa chất lỏng Vậy: áp suất bão hòa chất lỏng áp suất riêng phần gây phân tử từ chất lỏng tồn mặt GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất thoáng chất lỏng bay nhiều 1.2.2.1 Khái niệm dung dịch Pha: Là tập hợp chất đồng mặt vật lý hóa học.ví dụ: Khơng khí gồm N2, O2 khí khác trộn vào tạo nên pha khí Nước lỏng nguyên chất tạo nên pha lỏng Dung dịch: Dung dịch pha gồm từ hai chất tan trở lên, nồng độ thay đổi Dung dịch trạng thái lỏng (rượu, xăng, ), khí (khơng khí, khí tự nhiên ), rắn ( gang, vàng tây, ) 1.2.2.2 Áp suât bão hòa dung dịch Dung dịch rượu bay cho rượu nước Hơi rượu gây áp suất riêng phần Prượu, nước gây áp suất riêng phần Pnước Do đó,áp suất bão hòa dung dịch rượu tổng áp suất bão hòa bão hòa riêng phần rượu áp suất bão hòa nước Tổng quát: Áp suất bão hòa dung dịch tổng áp suất riêng phần hợp chất P = ∑Pi 1.2.2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến áp suất bão hòa Nhiệt độ: Nhiệt độ có ảnh hưởng mạnh đến áp suất bão hòa Khi tăng nhiệt độ, phân tử thể lỏng có lượng tăng, kích thích phân tử lỏng bay nhiều Do đó, nhiệt độ tăng áp suất bão hịa tăng mạnh Bảng 1.1 Cho thấy áp suất bão hòa tăng nhanh theo nhiệt độ T (oC) H2 P 4,6 C6H6 26.5 Aceton 20 40 17,5 55,3 60 70 80 90 100 149 234 355 525 760 551 758 1016 75 183 392 67,3 185 421 860 - Bản chất: Nhiệt bay hơi, nhiệt độ sôi phụ thuộc vào nhiều yếu tố đặc biệt phụ thuộc vào khối lượng phân tử (M), vào lực hút phân tử Nói chung, GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất chất có M lớn có nhiệt độ sơi cao bay Quy luật gần luôn hydrocacbon, đặc biệt chúng đồng đẳng Chất có áp suất bão hịa lớn chất dễ bay - Nồng độ: Xét pha lỏng dạng dung dịch Ta gọi chất tạo dung dịch hợp phần: khả bay hợp phần phụ thuộc vào chất, tương tác dung dịch mà phụ thuộc vào nòng độ chúng 1.2.2.4 Định luật Raoult Gọi: P: áp suất bão hòa dung dịch i: hợp phần i Pio : áp suất bão hòa hợp phần i trạng thái nguyên chất Pi : áp suất bão hòa riêng phần i Ni : nồng độ phần mol chất i dung dịch Định luật Raoult phát biểu sau: Áp suất bão hòa riêng phần chất tỷ lệ với nồng độ phần mol dung dịch Pi = Pio Ni Ngoài ra, ta biets áp suất bão hòa dung dịch tổng áp suất bão hòa riêng phần hợp chất Do đó, ta lại có: P = ∑Pi = ∑Pio Ni 1.2.2.5.Áp suất riêng phần Trong điều kiện thường, giả sử khơng khí có hai hợp phần N2 O2 với PO2 = 0,2 atm, PN2 = 0,8 atm áp suất khơng khí là: PKK = PN2 + PO2 = 0.2 + 0,8 = 1atm Mỗi chất khí hỗn hợp gây áp suất riêng mình, áp suất gọi áp suất riêng phần tổng áp suất riêng phần tất khí áp suất chung, kí hiệu: P = ∑Pi Ngồi theo định luật chất khí, ta có: Pi = Ni.P Với: Pi: áp suất riêng phần GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất Ni: nồng độ phần mol P: áp suất chung Vậy: Áp suất riêng phần nồng độ phần mol nhân với áp suất chung 1.3 SỰ SƠI 1.3.1.Sự sơi dung dịch Sự sôi khác với sụ bay Mọi chất lỏng bay (ở mặt thoáng) bất nhiệt độ Sự bay mạnh nhiệt độ cao, cịn sơi tượng khối chất lỏng bay ạt mặt thống chất lỏng mà cịn lịng chất lỏng Khi áp suất bão hịa chất lỏng sôi áp suất đè lên mặt thống, pha lúc gồm lỏng tạo ra, khơng chứa khí vốn có mặt thoáng Ở nhiệt độ thấp nhiệt độ sơi áp suất cịn bé áp suất mặt thống nên pha khí gồm có lỏng tạo khí có sẵn từ trước Cần phải nâng nhiệt độ lên để green mặt thoáng gồm lỏng tạo đến chúng có áp suất tổng áp suất đè lên mặt thống sơi xảy Như vậy, nhiệt độ sôi chất phụ thuộc vào áp suất đè lên mặt thoáng Áp suất đè lên mặt thống lớn nhiệt độ sơi cao Do chất lỏng sơi nhiệt độ mà áp suất bão hịa áp suất đè lên mặt thống Cần ý áp suất không đổi, chất nguyên chất sơi nhiệt độ cố định cịn dung dịch sơi xảy khoảng nhiệt độ 1.3.2 Định luật Konolalov Xét sôi dung dịch, nhiệt độ pha hỗn hợp gồm tất hợp phần có mặt dung dịch lỏng Giả sử dung dịch ban đầu gồm có hai chất A B Theo định luật Raoult định luật chất khí: H PA = PA N L = P PA A PB Với: = PB NL B = P N H B (1) (2) N L : nồng độ phần mol A lỏng A N H : nồng độ phần mol A A GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất N L : nồng độ phần mol B lỏng B N H : nồng độ phần mol B B P: áp suất bão hòa dung dịch PA: áp suất riêng phần A PB: áp suất riêng phần B PA : áp suất bão hòa nguyên chất A O PB : áp suất bão hòa nguyên chất B Chia (1) cho (2) ta có: Với α = NH PA • N L NL A A = A α = H L NB PB • N B NL B PA : Gọi độ bay tương đối A B PB0 Giả sử A dễ bay B, nên α > Do theo (3) ta có: NH NL A > A H NB NL B Rõ ràng nồng độ chất dễ bay A pha bất đẳng thức lớn nồng độ chất dễ bay A dung dịch lỏng ban đầu Đó định luật Konovalov: Thành phần pha khác thành phần pha lỏng, pha giàu chất dễ sôi so với pha lỏng Nhận xét: - Dung dịch giàu chất dễ sơi sơi nhiệt độ thấp - Khi sôi, dung dịch cho pha giàu chất dễ sơi (ban đầu) Dung dịch không sôi nhiệt độ nữa, sơi nhiệt độ tăng lên - Dung dịch sôi khoảng nhiệt độ, lớn nhiệt độ chất dễ sôi nhỏ nhiệt độ chất khó sơi GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất 1.3.3 Thành phần pha đun sôi pha lỏng Hình 1.1 Quan hệ thành phần lỏng – hệ hai chất A -B Như ta biết, chất lỏng sơi nhiệt độ mà áp suất bão hịa áp suất đè lên mặt thống Ở áp suất khơng đổi chất nguyên chất sôi nhiệt độ cố định Người ta dùng khái niệm áp suất bão hòa Ried, áp suất tuyệt đơi 100oF (37.80C) đặc trưng cho khả bay phân đoạn xăng, đại lượng lớn khả bay cao Khi chất lỏng ngun chất sơi tạo pha nguyên chất Chúng ta xét trường hợp dung dịch lỏng sôi Khi đo pha hỗn hợp thường gồm tất hợp phần có mặt dung dịch lỏng Chúng có thành phần phụ thuộc vào thành phần dung dịch lỏng theo định luật Konovalov mà ta biết: N H PA • N L N L A A = = A α (3) H L N B PB • N B N L B Với α = PA : Gọi độ bay tương đối A B PB0 O O Giả sử A dễ bay B, PA > PB Ta có, GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất 2.6.2.1 Đĩa lưới Đĩa có cấu truc đơn giản nhất, dễ chế tạo nên rẻ tiền đơn giản kim loại có khoan nhiều lỗ trịn kht nhiều khe hẹp Kích thước lỗ, khe phụ thuộc vào độ nhớt, sức căng bề mặt chất lỏng Các lỗ có đường kính ÷ 12 cm, khoảng cách lỗ gấp 3,4, đến lần đường kính lổ Người ta thiết kế cho lớp chất lỏng đĩa có độ dày 25 đến 30 cm Chất lỏng chảy xuống qua ống chảy chuyền qua lỗ 2.6.2.2 Đĩa van Có loại đĩa van gồm đĩa van L, đĩa van tròn đĩa van Ballast Chúng thiết kế gần tương tự loại có ưu điểm riêng định Chúng đĩa có dịng chảy ngang với lỗ có kích thước, che phẳng - Ở đĩa van L, chử L bên nặng bên nhẹ Khi tốc độ dòng nhỏ có bên nhẹ nâng lên Cịn tốc độ dịng tăng tồn kim loại nâng lên Khi tốc độ dòng đủ lớn để nâng kim loại L tới giới hạn chúng đĩa van có chức cần thiết đĩa xuyên lỗ - Ở đĩa van trịn, độ mở van hình trịn, thường van (hay cịn gọi nắp) có đường kính ÷ 15 cm bố trí ba điểm hình tam giác Để tránh phân bố khơng dòng vận tốc nhỏ qua đĩa lắp ráp chư đạt yêu cầu, người ta lắp xem kẽ nắp có trọng lượng khác - Đĩa Ballast có cấu tạo đĩa van tronfnhwng phức tạp hơn,các nắp khơng có trọng lượng khác mà cịn bố trí đĩa độ cao khác so với mặt đĩa Điều tạo lợi cho đĩa trường hợp tốc độ dòng thay đổi 2.6.2.3 Đĩa chụp Thường kim loại mang ống bao băng chụp Người ta hay dùng đĩa tính ưu việc trao đổi chất hai pha lỏng Trong đĩa hệ thống ống – chụp xếp với cách tính tốn cho ống từ chụp cạnh không tiếp xúc với nhau, lỗ xếp theo qui luật tam giác để tối ưu hóa khơng gian lỏng tiếp xúc GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu ngun lý phép chưng cất Ống có hình trụ, rỗng, phía ống có chụp Chụp ống kín phía trên, to ống hơi, úp ống Phần chụp có khe chụp Dòng từ đĩa bay lên qua ống vịng xuống theo khơng gian hình vành khăn ống chụp chui qua khe chụp, ddj vào lớp lỏng có mặt đĩa, Tiếp xúc với lớp chất lỏng dạng bọt lên lớp lỏng, chúng trao đổi chất vớ lớp chất lỏng Dịng bay lên kéo theo cấu tử nhẹ có lỏng bay lên theo, ngược lại, cấu tử nặng (có thành phần giống lỏng) bị giữ lại lớp lỏng GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG Nguyên lý phép chưng cất ứng dụng rộng rãi đời sống, cơng nghiệp hóa chất nói chung, ngành cơng nghiệp hóa dầu nói riêng 3.1 ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SỐNG Trong đời sống nguyên lý phép chưng cất ứng dụng như: chưng cất nước, chưng cất rượu, , để tạo sản phẩm đáp ứng phục vụ nhu cầu đời sống người Hình.3.1 Hình ảnh chưng cất nước tự nhiên Hình 3.2 Hình ảnh chưng cất nước lần GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất Hình 3.3 Chưng cất rượu thủ cơng Hình 3.4: Chưng cất rượu tự động 3.2 ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP HĨA CHẤT Trong ngành cơng nghiệp hóa chất, thiết bị chưng cất ứng dụng rộng rãi Như ngành công nghiệp chế biến thuốc trừ sâu, đạm, cồn, bia, , có nhiều loại thiết bị chưng cất khác chúng hoạt động dựa nguyên lý phép chưng cất GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu ngun lý phép chưng cất Hình 3.5 thiết bị chưng cất đạm Hình 3.6 Thiết bị chưng cất cồn GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất 3.3 TRONG CƠNG NGHIỆP LỌC DẦU Hình 3.7 Phân xưởng chưng cất dầu thô Khi tiến hành chưng cất dầu mỏ nhận nhiều phân đoạn sản phẩm dầu mỏ Chúng phân biệt với giới hạn nhiệt độ sôi (hay nhiệt độ chưng), thành phần hydrocacbon, độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy nhiều tính chấp khác liên quan đến việc sử dụng Sản phẩm trình chưng cất bao gồm: 3.3.1 Khí hydrocacbon Khí hydrocacbon thu chủ yếu C3 C4 Tuỳ thuộc công nghệ chưng cất phân đoạn mà C3, C4 nhận thể khí hay nén hoá lỏng Phân đoạn thường dùng cho q trình phân tách khí để nhận khí riêng biệt làm nguyên liệu cho trình sản xuất hố chấp Ví dụ thực phản ứng oxi hố khơng hồn tồn metan thu metanol sử dụng làm phụ gia tốt để pha vào xăng nâng cao hệ số octan Phản ứng xẩy theo chế chuỗi: CH4 CH3• + [ O• ] CH3O• → CH3O• + GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân CH3• → → CH3O• HCHO CH4 → H• + + H• CH3OH + CH3• SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất 3.3.2 Phân đoạn xăng Phân xăng có nhiệt độ sơi từ 35oC ÷ 180oC, phân đoạn xăng bao gồm hydrocacbon từ C5 ÷ C10 C11 Cả ba loại hydrocacbon parafin, naphten, aromatic có mặt phân đoạn Tuy nhiên thành phần số lượng hydrocacbon khác nhau, phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô ban đầu Chẳng hạn, từ họ dầu parafin thu xăng chứa nhiều parafin Ngồi hydrocacbon, phân đoạn cịn có hợp chất chứa S, N O Các hợp chất chứa S thường dạng hợp chất không bền mercaptan (RSH) Các chất chứa N chủ yếu dạng pyridin, hợp chất chứa oxy thường dạng phenol đồng đẳng Phân đoạn chưa có nhựa asphanten Ứng dụng: phân đoạng xăng sử dụng vào mục đích chủ yếu sau: - Làm nguyên liệu cho động xăng - Làm nguyên liệu cho công nghiệp hố dầu - Làm dung mơi cho cơng nghiệp sơn, cao su, keo dán Ngoài sử dụng làm trích ly chất béo cơng nghiệp hương liệu , dược liệu Phân đoạn xăng (còn gọi phân đoạn naphta) cịn sử dụng vào mục đích sản xuất nguyên vật liệu hoá dầu,chủ yếu sản xuất hydrocacbon thơm(bezen, toluen, xylen) làm nguyên liệu cho cracking xúc tác nhằm sản xuất olephin thấp etylen, propylen, butylen butadien 3.3.3 Phân đoạn kerosen Phân đoạn gọi dầu lửa, phân đoạn có nhiệt độ sơi từ 120 ÷ 240oC, bao gồm hydrocacbon có số cacbon từ C11 ÷C15,C16 Trong phân đoạn hầu hết n-parfin, iso parafin Các hydrocacbon naphtenic thơm ngồi có cấu trúc mạch vịng nhiều nhánh phụ, cịn có mặt naphten thơm hai vịng Trong kerosen bắt đầu có mặt hợp chất hydrocacbon có cấu trúc hỗn hợp vịng thơm vòng naphten tetralin đồng đẳng chúng Các hợp chất chứa S, N, O tăng dần Lưu huỳnh dạng mercaptan giảm dần, xuất lưu huỳnh dạng sunfua Các hợp chất chứa nitơ với hàm lượng nhỏ, dạng quirolin, pyrol, indol Phân đoạn kerosen dùng làm nhiên liệu phản lực dầu hoả dân dụng, dùng làm nhiên liệu phản lực ứng dụng GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất Nhiên liệu dùng cho động phản lực chế tạo từ phân đoạn kerosen từ hỗn hợp phân đoạn kerosen với phân đoạn xăng Do đặc điểm nhiên liệu dùng động phản lực có tốc độ cháy lớn, dễ dàng tự bốc cháp nhiệt độ áp suất nào, cháy hồ khơng bị tắt dịng khơng khí có tốc độ cháy lớn nghĩa q trình cháy phải có lửa ổn định Để đáp ứng yêu cầu người ta thấy thành phần hydrocacbon phân đoạn kerosen hydrocacbon naphten parafin thích hợp với đặc điểm trình cháy động phản lực Vì vậy, phân đoạn kerosen phân đoạn xăng dầu mỏ họ naphtenparafin parafinnaphten nguyên liệu tốt để sản xuất nhiên liệu cho động phản lực Trong có mặt hydrocacbon thơm khơng thích hợp cho q trình cháy, hàm lượng chúng lớn, cần phải loại bớt chúng nằm giới hạn 20 ÷ 25% Hàm lượng hydrocacbon parafin nhiên liệu phản lực khoảng 30 ÷ 60% cao phải tiến hành loại bỏ nhằm đảm bảo tính linh động nhiên liệu nhiệt độ thấp Phân đoạn kerosen dùng để sản xuất dầu hoả dân dụng (thắp sáng đun nấu) mà khơng cần q trình biến đổi thành phần phương pháp hoá học phức tạp đáp ứng u cầu dầu hoả lửa xanh, có màu vàng đỏ, khơng tạo nhiều khói đen, khơng tạo nhiều tàn đọng đầu bấc dầu phải dễ dàng bốc lên phía để cháy 3.3.4 Phân đoạn diezel Phân đoạn diezel hay cịn gọi phân đoạn gasoil nhẹ, có khoảng nhiệt độ từ 250 ÷ 350 0C, chứa hydrocacbon có số cacbon từ C16 ÷ C20, C21 Phần lớn phân đoạn n – parafin, iso – parafin, cịn hydrocacbon thơm Ở cuối phân đoạn có n – parafin có nhiệt độ kết tinh cao, chúng thành phần gây tính linh động phân đoạn nhiệt độ thấp Trong gasoil, ngồi hydrocacbon naphaten thơm hai vịng chủ yếu, chất có ba vịng tăng lên cịn có hợp chất có cấu trúc lai hợp (giữa naphten thơm) Hàm lượng chất chứa S, N, O tăng nhanh Lưu huỳnh chủ yếu dạng disunfua dị vòng Các chất chứa oxi (dạng axit naphtenic) có nhiều đạt cực đại phân đoạn này, ngồi cịn có chất dạng phenol dimetylphenol Trong gasoil xuất nhựa, song GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất cịn ít, lượng phân tử nhựa cịn thấp (300 ÷ 400 đvc) Phân đoạn gasoil nhẹ dầu mỏ chủ yếu sử dụng làm nguyên liệu cho động diezel Do động diezel nhiên liệu phải có số xetan cao (có tính chất dễ oxi hoá để tự bốc cháy tốt) Do phân đoạn gasoil (của dầu mỏ dạng parafin) lấy trực tiếp từ trình chưng cất sơ khởi thường có trị số xetan cao chúng thường sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu diezel thích hợp mà khơng phải qua q trình chế biến hố học Tuy nhiên cần làm tăng trị số xetan nhiên liệu diezel, người ta cho thêm vào số chất phụ gia thúc đẩy trình oxi hố Với số lượng khoảng 15% thể tích ta tăng số xetan lên đến 15 ÷ 20 đơn vị so với trị số ban đầu 40 đơn vị 3.3.5 Phân đoạn mazut Phân đoạn cặn mazut phân đoạn cặn chưng cất khí quyển, dùng làm nhiên liệu đốt cho lị cơng nghiệp hay dùng làm nguyên liệu cho trình chưng cất chân không để nhận cấu tử dầu nhờn hay nhận nguyên liệu cho trình Cracking nhiệt, Cracking xúc tác hay hydrocracking 3.3.6 Phân đoạn dầu nhờn Với nhiệt độ 350 ÷ 500oC, phân đoạn bao gồm hydrocacbon từ C21 ÷ C25 lên tới C40 Do phân tử lượng lớn, thành phần hoá học phân đoạn dầu nhờn phức tạp, n iso parafin ít, naphtalen thơm nhiều Hàm lượng hợp chất chứa S, N, O tăng lên mạnh, 50% lượng lưu huỳnh có dầu mỏ tập trung phân đoạn gồm dạng disunfua, thiophen, sunfua vòng… Các hợp chất chứa nitơ thường dạng đồng đẳng pyridin, pyrol cacbazol Các hợp chất oxi dạng axít, kim loại nặng V, Ni, Cu, Pb…các chất nhựa, asphanten có mặt phân đoạn Thông thường người ta tách phân đoạn dầu nhờn cách chưng cất chân không phần cặn dầu mỏ, để tránh phân huỷ nhiệt độ cao Các phân đoạn dầu nhờn hẹp từ 320 ÷ 400oC, 400 ÷450oC, 420 ÷ 450oC, 450 ÷ 500oC dùng để sản xuất loại dầu nhờn bôi trơn khác Ngồi phân đoạn cịn dùng để sản xuất sản phẩm trắng, sản phẩm trắng tên gọi ba loại nhiên liệu xăng, kerosen diezel, loại nhiên liệu sử dụng nhiều GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu ngun lý phép chưng cất nhất, quan trọng Để làm tăng số lượng nhiên liệu tiến hành phân hủy gasoil nặng phương pháp cracking hydrocracking, với cách biến cấu tử C21 ÷ C40 thành xăng (C5 ÷ C11), kerosen (C11 ÷ C16), diezel (C16 ÷ C20) nâng cao hiệu suất sử dụng dầu mỏ 3.3.7 Phân đoạn Gudron Gudron thành phần lại sau phân tách phân đoạn kể trên, có nhiệt độ sôi lớn 500oC gồm hydrocacbon lớn C41 giới hạn cuối lên đến C80 Thành phần phân đoạn phức tạp chia thành nhóm sau: nhóm chất dầu, nhóm chất nhựa, nhóm asphanten Ngồi nhóm chất trên, cặn gudrol cịn có hợp chất kim kim loại nặng, chất cacbon, cacboxit rắn giống cốc, màu sẫm, không tan dung môi thông thường, tan pyridin Phân đoạn cặn gudrol sử dụng cho nhiều mục đích khác như: sản xuất bitum, than cốc, bồ hóng, nhiên liệu lị Trong ứng dụng trên, để sản xuất bitum ứng dụng quan trọng GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu đề tài, tác giả thu số kết đáng ý sau: - Tìm hiểu, sở lý thuyết nguyên lý chưng cất, khái niệm, lịch sử phát triển, phân loại trình chưng cất ý nghĩa trình chưng cất số kiến thức khác liên quan đến trình chưng cất - Nắm bắt phương pháp chưng cất, thông số ảnh hưởng đến trình chưng cất, loại tháp chưng cất loại đĩa chưng cất - Biết nguyên lý hoạt động số tháp chưng cất Các cách xếp đĩa tháp chưng cất, đặc điểm cuae loại đĩa - Nguyên lý phép chưng cất ứng dụng đời sống, ngành công nghiệp đặc biệt công nghiệp lọc hố dầu - Ngồi ra, qua nghiên cứu đề tài giúp tác giả nắm vững kiến thức chuyên ngành học nói chung, kiến thức khác nói riêng GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất TÀI LIỆU THAM KHẢO Công nghệ chế biến dầu khí Tác giả: Lê Văn Hiếu – NXB 2006 Cơng nghệ chế biến dầu khí Tác giả: Lê Thị Mỹ Nhân - Trần Đức Trung www.thuviencongdong.com.vn 4.www.tailieu.vn GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu ngun lý phép chưng cất MỤC LỤC Phần mục Trang LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 1.1.1 Khái niệm 1.1.2.Lịch sử phát triể .4 1.1.3.Phân loại chưng cất 1.2 ÁP SUẤT HƠI .5 1.2.1 Hiện tượng bay .5 1.2.2 Áp suất bão hòa 1.3.SỰ SÔI .8 1.3.1.Sự sôi dung dịch 1.3.2 Định luật Konolalov .8 1.3.3.Thành phần pha đun sôi pha lỏng 10 1.3.4.Giản đồ trạng thái cân lỏng – hệ hai chất .11 1.4 Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT .15 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.1.NGUYÊN LÝ PHÉP CHƯNG CẤT 17 2.2.CHƯNG ĐƠN GIẢN .18 2.2.1.Chưng bay 18 2.2.2.Chưng cất bay lần 19 2.2.3.Chưng cất bay nhiều lần 20 2.3.CHƯNG CẤT PHỨC TẠP 21 2.3.1.Chưng cất có hồi lưu 21 2.3.2.Chưng cất có tinh luyện .22 2.3.3 Chưng cất chân không chưng cất với nước 23 GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất 2.4 CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHƯNG CẤT 25 2.4.1 Chế độ nhiệt tháp chưng luyện 26 2.4.2 Áp suất suất tháp chưng luyện 28 2.5 CÁC LOẠI THÁP CHƯNG CẤT 29 2.5.1 Tháp đệm 29 2.5.2 Tháp đĩa chụp (đĩa chóp) 29 2.6 ĐĨA CHƯNG CẤT 31 2.6.1 Khái niệm 31 2.6.2 Các dạng đĩa .32 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG 35 3.1.ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SỐNG 35 3.2.ỨNG DỤNG TRONG CƠNG NGHIỆP HĨA CHẤT 36 3.3 TRONG CÔNG NGHIỆP LỌC DẦU 38 3.3.1 Khí hydrocacbon 38 3.3.2 Phân đoạn xăng 39 3.3.3 Phân đoạn kerosen 39 3.3.4 Phân đoạn diezel 40 3.3.5 Phân đoạn mazut .41 3.3.6.Phân đoạn dầu nhờn 41 3.3.7 Phân đoạn Gudron 42 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Th.s Lê Thị Mỹ Nhân thầy cô giáo giúp tác giả thời gian làm đồ án vừa qua, giúp đở tận tình thầy giáo giúp tác giả hiểu biết kiến thức môn học kỹ cách làm đồ án mơn học mà trước tác giả cịn có nhiều bỡ ngỡ cách làm Ngoài tác giả xin cảm ơn đến tất bạn tận tình giúp đỡ tác giả trình tham khảo, tìm tài liệu, để tác giả hồn thành đồ án hồn chỉnh Do kiến thức cịn hạn chế, đồ án khơng tránh khỏi sai sót định Kính mong q thấy ban đọc góp ý cho đồ án hoàn thiện Tác giả xin chân thành cảm ơn! GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân ... Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG Nguyên lý phép chưng cất ứng dụng rộng rãi đời sống, công nghiệp hóa chất nói chung, ngành cơng nghiệp hóa dầu nói... Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất Hình 3.5 thiết bị chưng cất đạm Hình 3.6 Thiết bị chưng cất cồn GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên. .. SVTH: Nguyễn Chí Tn Đồ án hóa dầu Nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu đề tài, tác giả thu số kết đáng ý sau: - Tìm hiểu, sở lý thuyết nguyên lý chưng cất, khái niệm,